CN102720430B

CN102720430B - 同轴集成式钻具回转及激振驱动装置

Info

Publication number: CN102720430B
Application number: CN201210200206.XA
Authority: CN
Inventors: 姜生元; 邓宗全; 全齐全; 李鹏; 高瞻; 杨学宁
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2014-06-11
Anticipated expiration: 2032-06-18
Also published as: CN102720430A

Abstract

本发明公开了一种同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，包括壳体，其特征在于设有激振单元、回转单元和电机驱动控制器；激振单元激振驱动电机转子通过转子连接件一与激振行星减速器中心轮连接，激振行星减速器动力输出端连接有圆形轨道，对应轨道设有激振连接体，轨道与激振连接体接触面间设有凹凸配合的凸起，激振连接体与钻杆连接，激振连接体与壳体间设有碟簧；回转单元回转驱动电机转子通过转子连接件二与回转行星减速器中心轮连接；激振单元、回转单元同轴且中空，中空位置设有钻杆，钻杆通过内外花键与回转行星减速器动力输出端连接；本发明可以大大减小钻机体积和质量，实用性高，钻采效果好，对航天器提高利用利用率和减重意义重大。

Description

同轴集成式钻具回转及激振驱动装置

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，涉及一种在航天空间环境下钻取外星表面土壤的装置，特别是一种同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，同时实现激振功能和回转功能。

背景技术

航天航空是人类探索自然界的前沿工程，走向太空已成为科技强国必不可少的标志，探月工程是我国航天事业的一个中继阶段，踏出了我国对外星探索的第一步，此阶段的成果将为下一步外层空间探索提供宝贵经验，探月工程主要是通过遥测遥感和最终的登月来揭开月球环境的神秘面纱，登月后要针对月球展开一系列的科研项目，每个环节都非常重要，其中之一就是要获取月球表面物质标本，这就涉及到了月球表面钻探工具的研究开发，在低引力环境下钻采集月壤是一件十分不容易的事情，传统钻探工具重量重、体积大而且耗能极多，对于一个航天器来说空间和质量是至关重要的，也是严格控制的关键项目，一个部件减轻质量或节省了空间就意味着可以增加一部仪器或多一个实验项目可以上天，所以传统钻探工具不适合用于登月航航天器，亟需一种体积重量更小、性能更好的钻采工具进行月壤的采集。

发明内容

为了替代传统钻采工具，使之体积更小，重量更轻适合于发射到月球表面进行钻采，本发明提供了一种同轴集成式钻具回转及激振驱动装置。

本发明采用的技术方案是：一种同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，包括壳体，其特征在于设有激振单元、回转单元和电机驱动控制器；激振单元设有激振驱动电机和激振行星减速器，激振驱动电机转子通过转子连接件一与激振行星减速器中心轮连接，激振行星减速器动力输出端连接有圆形轨道，对应轨道设有激振连接体，轨道与激振连接体接触面间设有凹凸配合的凸起，激振连接体与钻杆连接，激振连接体与壳体间设有碟簧；回转单元包括回转驱动电机和回转行星减速器，回转驱动电机转子通过转子连接件二与回转行星减速器中心轮连接；激振驱动电机转子及转子连接件一、激振行星减速器中心轮及动力输出端、回转驱动电机转子及转子连接件二、回转行星减速器中心轮及动力输出端同轴且中空,中空位置设有钻杆，钻杆通过内外花键与回转行星减速器动力输出端连接；电机驱动控制器分别同激振驱动电机、回转驱动电机电气连接。

所述轨道与激振连接体接触面间凹凸配合的凸起为：轨道设有凸轮，激振连接体对应面上设有滚动轴承。

所述激振驱动电机和回转驱动电机为双绕组电机

所述激振行星减速器、回转行星减速器为二级行星减速器。

所述电机驱动控制器安装在电机驱动控制器安放位。

本发明通过将激振驱动电机、激振行星减速器、回转驱动电机、回转行星减速器同轴组合，在轴线中空位置设置钻杆，可以大大减小钻机体积和质量，实用性高，钻采效果好，对航天器提高空间利用率和减重意义重大。

附图说明

图1为本发明实施例轴向整体剖面结构图；

图2为本发明实施例单元部件布局结构图；

图3为本发明实施例激振单元二级行星减速器外部结构图。

图4为本发明实施例激振单元二级行星减速器内部结构图。

图中标号名称：1壳体；2激振单元；3回转单元；4激振驱动电机；5激振行星减速器；6连接件一；7轨道；8激振连接体；9钻杆；10碟簧；11回转驱动电机；12回转行星减速器；13连接件二；14凸轮；15滚动轴承；16电机驱动控制器安放位；17齿圈。

具体实施方式

本发明实施例如图1至4所示，该同轴集成式钻具回转及激振驱动装置外壳1内部设有激振单元2、回转单元3和电机驱动控制器；激振单元2设有激振驱动电机4和激振行星减速器5，激振驱动电机4转子通过转子连接件一6与激振行星减速器5中心轮连接，激振行星减速器5动力输出端连接有圆形轨道7，对应轨道7设有激振连接体8，轨道7上设有凸轮14，激振连接体8对应凸轮14面上设有滚动轴承15，激振连接体8与钻杆9连接，激振连接体8与壳体1间设有碟簧10；回转单元3包括回转驱动电机11和回转行星减速器12，回转驱动电机11转子通过转子连接件二13与回转行星减速器12中心轮连接；激振驱动电机4转子及转子连接件一6、激振行星减速器5中心轮及动力输出端、回转驱动电机11转子及转子连接件二13、回转行星减速器12中心轮及动力输出端同轴且中空，中空位置设有钻杆9，钻杆9通过内外花键与回转行星减速器12动力输出端连接；激振驱动电机4、回转驱动电机11为双绕组电机，分别与电机驱动控制器电气连接，电机驱动控制器安装在电机驱动控制器安放位16，激振行星减速器5、回转行星减速器12为二级行星减速器，其结构为一级中心轮与一级行星轮啮合，一级行星轮与齿圈17啮合，一级行星架通过连接件与二级中心轮连接，二级中心轮与二级行星轮啮合，二级行星轮与齿圈17啮合，由二级行星架输出动力，每级减速比i=4:1；需要钻采时，在电机驱动控制器控制驱动下，启动回转驱动电机11，经回转行星减速器12进行16:1减速后，动力输出端通过内外花键与钻杆9啮合传动，带动钻杆9旋转，实现转机回转；当钻机遇到较硬层面时在电机驱动控制器控制驱动下，根据需要启动激振驱动电机4，经激振行星减速器5减速，带动轨道7开始旋转，在凸轮14作用下通过滚动轴承15向上抬起激振连接体8，同时带动钻杆9轴向上行，并压缩碟簧10，当滚动轴承15滚动到凸轮14末端时，在碟簧10弹力作用下激振连接体8向下跌落，同时带动钻杆9向下冲击，激振驱动电机4不停转冲击将往复循环，达到激振目的；通过电机驱动控制器控制可实现回转模式、冲击模式和回转冲击模式三种工作模式，以适应未知的月壤层。

Claims

1.一种同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，包括壳体（1），其特征在于设有激振单元（2）、回转单元（3）和电机驱动控制器；激振单元（2）设有激振驱动电机（4）和激振行星减速器（5），激振驱动电机（4）转子通过转子连接件一（6）与激振行星减速器（5）中心轮连接，激振行星减速器（5）动力输出端连接有圆形轨道（7），对应轨道（7）设有激振连接体（8），轨道（7）与激振连接体（8）接触面间设有凹凸配合的凸起，激振连接体（8）与钻杆（9）连接，激振连接体（8）与壳体（1）间设有碟簧（10）；回转单元（3）包括回转驱动电机（11）和回转行星减速器（12），回转驱动电机（11）转子通过转子连接件二（13）与回转行星减速器（12）中心轮连接；激振驱动电机（4）转子及转子连接件一（6）、激振行星减速器（5）中心轮及动力输出端、回转驱动电机（11）转子及转子连接件二（13）、回转行星减速器（12）中心轮及动力输出端同轴且中空,中空位置设有钻杆（9），钻杆（9）通过内外花键与回转行星减速器（12）动力输出端连接；电机驱动控制器分别同激振驱动电机（4）、回转驱动电机（11）电气连接。

2. 根据权利要求1所述的同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，其特征在于所述轨道（7）与激振连接体（8）接触面间凹凸配合的凸起为：轨道（7）设有凸轮（14），激振连接体（8）对应面上设有滚动轴承（15）。

3. 根据权利要求1所述的同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，其特征在于所述激振驱动电机（4）和回转驱动电机为双绕组电机。

4. 根据权利要求1所述的同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，其特征在于所述激振行星减速器（5）、回转行星减速器（12）为二级行星减速器。

5. 根据权利要求1所述的同轴集成式钻具回转及激振驱动装置，其特征在于所述电机驱动控制器安装在电机驱动控制器安放位（16）。